一种基于预计算查表法的设备状态融合方法及系统与流程

本技术涉及计算机系统领域，特别涉及一种基于预计算查表法的设备状态融合方法及系统。

背景技术：

1、随着物联网、工业互联网以及智能制造的不断发展，越来越多的设备被实时连接到云端或边缘计算平台，以便实现状态监测、故障预警、安全管理与生产调度优化。典型工业设备包括电机、泵阀、变压器、生产线机械臂、无人叉车、加压装置、压力容器、空压机、动力机械等。这些设备在不同工况下通过多类传感器（如温度、振动、压力、电流、电压、噪声、轴承监测、倾角传感器等）提供实时状态数据。然而，受设备老化、负载变化、环境干扰、电磁噪声、机械结构松动、能耗波动及传感器精度差异等因素影响，不同传感器对同一设备状态的反映常常不一致。例如：某些传感器可能显示设备运行正常，而另一些传感器可能因轻度异常（如震动升高、电压波动、温度连续偏高等）而呈现预警趋势，甚至在严重损坏或极端噪声条件下直接输出无效数据。由于各传感器的可靠性、精度、稳定性与故障模式不同，传统设备状态融合方法难以以统一结构化形式表达设备状态的不确定性层级。

2、目前主流方法通常采用连续数值置信度、模糊逻辑、浮点权重矩阵或统计模型进行状态融合，但这些方法普遍需要复杂的条件判断，不仅在边缘设备中执行效率低，而且不同平台或不同编译器优化模式可能导致浮点运算产生差异，使设备状态判断不可完全复现。此外，浮点逻辑难以直接在 fpga、asic 或 mcu 的指令流水线中实现，缺乏硬件加速能力，难以满足对高吞吐、确定延迟和高实时性的要求。另一方面，传统错误传播机制通常是“全传播”或“全忽略”，无法针对不同程度异常与不同设备状态做差异化处理，当设备轻度异常时采用过度传播容易导致误报，当设备严重异常时采用弱传播又可能导致漏报。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种基于预计算查表法的设备状态融合方法及系统。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于预计算查表法的设备状态融合方法，包括：

3、接收来自各个传感器的设备状态数据，并基于各个传感器的设备状态数据，确定所述设备状态数据的逻辑状态；其中，所述逻辑状态包括表示设备运行正常的第一状态、表示设备进入预警阶段的第二状态、表示设备发生异常的第三状态以及表示数据损坏或不可用的第四状态；

4、在数据融合时，对监测同一设备的任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态分别进行编码，基于所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态的编码，利用预设索引规则计算其融合结果在预设索引表中的索引位置，并基于所述融合结果在预设索引表中的索引位置获取所述融合结果在存储单元中的地址，基于所述融合结果在存储单元中的地址获取所述融合结果；

5、其中，所述预设索引表中存储了预先计算得到的对应任意两种逻辑状态的设备状态数据的融合结果在存储单元中的地址。

6、可选地，所述预设索引表是基于如下方式构建的：

7、对所有的二元输入组合进行全量枚举；其中，所述二元输入组合包括任意两个相同或不相同的逻辑状态；

8、基于预设的数据融合规则，确定任一二元输入组合对应的融合结果；其中，所述融合结果包括所述任一二元输入组合中两个逻辑状态融合后的逻辑状态以及表示状态置信度的置信度标记；

9、将所述任一二元输入组合对应的融合结果存入存储单元后记录其存储地址，并对所述任一二元输入组合中的两个逻辑状态进行编码，基于所述任一二元输入组合中的两个逻辑状态的编码，利用所述预设索引规则计算其融合结果在预设索引表中的索引位置；

10、将所有的二元输入组合对应的融合结果的存储地址存入相应融合结果在预设索引表中的索引位置处。

11、可选地，所述基于预设的数据融合规则，确定任一二元输入组合对应的融合结果，具体包括：

12、在所述任一二元输入组合中的逻辑状态为第一状态、第二状态或第三状态的条件下，所述任一二元输入组合中两个逻辑状态融合后的逻辑状态为所述任一二元输入组合中优先级更高的逻辑状态，且置信度标记为高；其中，所述第一状态、第二状态和第三状态的优先级依次升高。

13、可选地，所述基于预设的数据融合规则，确定任一二元输入组合对应的融合结果，具体包括：

14、在所述任一二元输入组合中任一逻辑状态为第四状态的条件下，若所述任一二元输入组合中包括第三状态与第四状态，则所述任一二元输入组合中两个逻辑状态融合后的逻辑状态为第三状态且置信度标记为高；若所述任一二元输入组合中包括第二状态与第四状态，则所述任一二元输入组合中两个逻辑状态融合后的逻辑状态为第二状态且置信度标记为高；若所述任一二元输入组合中包括第一状态与第四状态，则所述任一二元输入组合中两个逻辑状态融合后的逻辑状态为第一状态且置信度标记为低；若所述任一二元输入组合中均为第四状态，则所述任一二元输入组合中两个逻辑状态融合后的逻辑状态为第四状态且置信度标记为低。

15、可选地，所述基于所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态的编码，利用预设索引规则计算其融合结果在预设索引表中的索引位置，具体包括：

16、将所述任意两个传感器中任一传感器的设备状态数据的逻辑状态的编码与逻辑状态总数相乘后，与所述任意两个传感器中另一传感器的设备状态数据的逻辑状态的编码相加，得到其融合结果在预设索引表中的索引位置。

17、可选地，所述基于所述融合结果在存储单元中的地址获取所述融合结果，之后还包括：

18、若所述融合结果中所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态融合后的逻辑状态为第三状态且置信度标记为高，则对所述任意两个传感器监测的设备进行异常检测和处理；

19、若所述融合结果中所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态融合后的逻辑状态为第二状态且置信度标记为高，或者，所述融合结果中所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态融合后的逻辑状态为第一状态且置信度标记为低，则提升所述任意两个传感器监测的设备的状态监测频率，并激活备用设备接入协议；

20、若所述融合结果中所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态融合后的逻辑状态为第四状态且置信度标记为低，则获取所述任意两个传感器监测的设备的相关设备，并对所述相关设备进行协同状态监测。

21、可选地，当所述融合结果中所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态融合后的逻辑状态为第四状态且置信度标记为低时，所述方法还包括：

22、生成传感器异常信号，并将所述传感器异常信号发送给控制系统，以触发传感器诊断处理和通信链路检查处理。

23、第二方面，本发明实施例提供了一种基于预计算查表法的设备状态融合系统，包括：

24、逻辑状态确定单元，用于接收来自各个传感器的设备状态数据，并基于各个传感器的设备状态数据，确定所述设备状态数据的逻辑状态；其中，所述逻辑状态包括表示设备运行正常的第一状态、表示设备进入预警阶段的第二状态、表示设备发生异常的第三状态以及表示数据损坏或不可用的第四状态；

25、设备状态融合单元，用于在数据融合时，对监测同一设备的任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态分别进行编码，基于所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态的编码，利用预设索引规则计算其融合结果在预设索引表中的索引位置，并基于所述融合结果在预设索引表中的索引位置获取所述融合结果在存储单元中的地址，基于所述融合结果在存储单元中的地址获取所述融合结果；

26、其中，所述预设索引表中存储了预先计算得到的对应任意两种逻辑状态的设备状态数据的融合结果在存储单元中的地址。

27、可选地，所述预设索引表以及任意两个传感器的设备状态数据的融合结果存储在只读存储器中；其中，所述只读存储器的地址线用于接收所述任意两个传感器的设备状态数据的逻辑状态的编码，所述只读存储器的数据输出线用于输出相应融合结果。

28、第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述基于预计算查表法的设备状态融合方法。

29、第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被执行时实现第一方面所述的基于预计算查表法的设备状态融合方法。

30、本发明实施例提供的一种基于预计算查表法的设备状态融合方法及系统，通过读取两个传感器的设备状态数据的逻辑状态，分别获取其编码值；根据上述索引规则计算其融合结果在预设索引表中的索引位置；从预设索引表中读取该索引位置对应的融合结果地址；访问存储单元，获取该融合结果的实际内容，使得融合阶段的所有操作均不涉及条件判断语句，不会产生执行路径差异，不会受到编译器优化、分支预测失效、浮点精度差异等因素的干扰，从而保证设备状态判定的实时性和稳定性。其次，上述融合逻辑不依赖复杂的浮点计算或模糊逻辑，因此能够以asic或fpga方式加速，从而进一步提升数据融合效率。